JP6688718B2 - 燃料電池用シール部材 - Google Patents
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Description
(A)エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴムおよびエチレン−ブテン−ジエンゴムからなる群から選ばれた少なくとも一つのゴム成分。
(B)有機過酸化物からなる架橋剤。
(C)脂肪酸カリウムおよび脂肪酸ナトリウムの少なくとも一方。
(A)エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴムおよびエチレン−ブテン−ジエンゴムからなる群から選ばれた少なくとも一つのゴム成分。
(B)有機過酸化物からなる架橋剤。
(C)脂肪酸カリウムおよび脂肪酸ナトリウムの少なくとも一方。
本発明の燃料電池用シール部材は、例えば、前記(A)〜(C)成分、および必要に応じて、前記(D)成分等の各種添加剤を含有するゴム組成物を調製した後、これを架橋することにより作製することができる。なお、上記シール部材の架橋成形は、通常、金型内で行われる。本発明においては、金型表面に離型剤を塗布しなくとも良好な金型離型性が発現されるが、必要に応じ、離型剤を塗布してもよい。
上記シール部材は、シール部の形状に応じて、所定形状に成形しておくことが好ましい。例えば、フィルム状に成形すると、燃料電池の各種構成部材にシール部材を、接着剤により貼り付けて、利用に供することができる。なお、本発明のシール部材は、燃料電池の各種構成部材間に接着せずに配置するといった使用態様であってもよい。また、本発明のシール部材は、その加硫成形されたものを接着剤により貼り付ける(後接着する)他、接着剤の塗布面に対し、本発明のシール部材を加硫成形(加硫接着)することにより、後述のように、燃料電池のMEA、セパレータ等の構成部材と、本発明のシール部材とを、金型内で一体成形することも可能である。
本発明の燃料電池シール体としては、燃料電池用構成部材と、それをシールするシール部材(本発明の燃料電池用シール部材)とが、接着層を介して接着されてなるもの等があげられる。
エチレン−プロピレン−ジエンゴム(JSR社製、EP342)
エチレン含量51重量%のエチレン−プロピレンゴム(三井化学社製、EPT 0045)
エチレン含量50重量%,ジエン含量7.6重量%の、エチレン−ブテン−ジエンゴム(三井化学社製、K−4030M)
東海カーボン社製、シースト116
日本サン石油社製、Sunper 110
100℃における動粘度が8mm2/sのポリαオレフィン化合物(Chevron Phillips社製、Synfluid PAO 8cSt)
日油社製、カプリル酸カリウム
日油社製、ノンサールLK−2
日油社製、ノンサールSK−1
日油社製、ノンサールOK−2
日油社製、ベヘニン酸カリウム
日油社製、ノンサールSN−1
日油社製、マグネシウムステアレート
日油社製、ジンクステアレート
日油社製、カルシウムステアレート
日油社製、パーヘキサC−40
(シール部材用の加硫ゴムの作製)
後記の表1〜表5に示す各成分を、同表に示す割合で配合し、バンバリーミキサーおよびオープンロールを用いて混練することにより、ゴム組成物を調製した。そして、得られたゴム組成物を、160℃で10分間保持することにより加硫し、所定の厚さの加硫ゴムを作製した。
得られた加硫ゴムを用い、つぎのようにして引張り強さ(TS)を測定した。すなわち、JIS5号ダンベルにて上記加硫ゴムを打ち抜き、JIS K 6251に準拠して、引張り強さ(MPa)を測定した。
なお、表1、表2には、比較例1品である加硫ゴムの引張り強さを基準(100)とした時の各加硫ゴムの引張り強さの指数を示す。また、表3には、比較例5品である加硫ゴムの引張り強さを基準(100)とした時の各加硫ゴムの引張り強さの指数を示す。また、表4には、比較例6品である加硫ゴムの引張り強さを基準(100)とした時の各加硫ゴムの引張り強さの指数を示す。また、表5には、比較例7品である加硫ゴムの引張り強さを基準(100)とした時の各加硫ゴムの引張り強さの指数を示す。
すなわち、引張り強さの指数は、下記の式により算出した。
引張り強さ指数=(各加硫ゴムの引張り強さ(MPa))/(基準となる加硫ゴムの引張り強さ(MPa))×100
なお、後記の表1〜表5において、上記引張り強さ指数が90以上の場合を○と評価した。
得られた加硫ゴムを用い、つぎのようにして切断時伸び(破断伸び(Eb))を測定した。すなわち、JIS5号ダンベルにて上記加硫ゴムを打ち抜き、JIS K 6251に準拠して、切断時伸び(破断伸び)(%)を測定した。
なお、表1、表2には、比較例1品である加硫ゴムの切断時伸びを基準(100)とした時の各加硫ゴムの切断時伸びの指数を示す。また、表3には、比較例5品である加硫ゴムの切断時伸びを基準(100)とした時の各加硫ゴムの切断時伸びの指数を示す。また、表4には、比較例6品である加硫ゴムの切断時伸びを基準(100)とした時の各加硫ゴムの切断時伸びの指数を示す。また、表5には、比較例7品である加硫ゴムの切断時伸びを基準(100)とした時の各加硫ゴムの切断時伸びの指数を示す。
すなわち、切断時伸びの指数は、下記の式により算出した。
切断時伸び指数=(各加硫ゴムの切断時伸び(%))/(基準となる加硫ゴムの切断時伸び(%))×100
なお、後記の表1〜表5において、上記切断時伸び指数が90以上の場合を○と評価した。
得られた加硫ゴムについて、JIS K 6262に準拠した高温での圧縮永久歪み試験を行った。すなわち、上記加硫ゴムを、圧縮率25%で圧縮し、その状態で150℃×24時間の加熱を行った後、解放し、室温(25℃)下で30分経過した後の加硫ゴムの厚みを測定して、圧縮永久歪み(%)を算出した。
なお、表1、表2には、比較例1品である加硫ゴムの圧縮永久歪みを基準(100)とした時の各加硫ゴムの圧縮永久歪みの指数を示す。また、表3には、比較例5品である加硫ゴムの圧縮永久歪みを基準(100)とした時の各加硫ゴムの圧縮永久歪みの指数を示す。また、表4には、比較例6品である加硫ゴムの圧縮永久歪みを基準(100)とした時の各加硫ゴムの圧縮永久歪みの指数を示す。また、表5には、比較例7品である加硫ゴムの圧縮永久歪みを基準(100)とした時の各加硫ゴムの圧縮永久歪みの指数を示す。 すなわち、圧縮永久歪みの指数は、下記の式により算出した。
圧縮永久歪み指数=(各加硫ゴムの圧縮永久歪み(%))/(基準となる加硫ゴムの圧縮永久歪み(%))×100
なお、後記の表1〜表5において、上記圧縮永久歪み指数が110以下の場合を○と評価し、圧縮永久歪み指数が110より大きい場合を×と評価した。
金型の代替として鉄製の板を用意し、その板の上で、前記加硫ゴム形成用のゴム組成物を加硫(160℃×10min)し、幅25mm×厚み5mmのサンプル(加硫ゴム)を作製した。そして、JIS K 6256−2に準拠し、上記の板を固定した状態で加硫ゴムを引張して90°剥離し、その離型力の最大強度(N)を測定した。
なお、表1、表2には、比較例1品である加硫ゴムの離型力の最大強度を基準(100)とした時の各加硫ゴムの離型力の最大強度の指数を示す。また、表3には、比較例5品である加硫ゴムの離型力の最大強度を基準(100)とした時の各加硫ゴムの離型力の最大強度の指数を示す。また、表4には、比較例6品である加硫ゴムの離型力の最大強度を基準(100)とした時の各加硫ゴムの離型力の最大強度の指数を示す。また、表5には、比較例7品である加硫ゴムの離型力の最大強度を基準(100)とした時の各加硫ゴムの離型力の最大強度の指数を示す。
すなわち、離型力の最大強度の指数は、下記の式により算出した。
離型力指数=(各加硫ゴムの離型力の最大強度(N))/(基準となる加硫ゴムの離型力の最大強度(N))×100
なお、後記の表1〜表5において、上記離型力指数が90未満の場合を○と評価し、離型力指数が90以上の場合を×と評価した。
セパレータの代替として鉄製の板を用意し、その板の上にプライマーを塗布(25mm×25mm角)し、さらにその上に、前記加硫ゴム形成用のゴム組成物を加硫(160℃×10min)し、幅25mm×厚み5mmのサンプル(加硫ゴム)を作製した。そして、JIS K 6256−2に準拠し、上記の板を固定した状態で加硫ゴムを引張して90°剥離した。そして、上記剥離時において、加硫ゴムが破壊する場合を○と評価し、加硫ゴムと鉄製の板との界面で剥離する場合を×と評価した。
上記各特性の評価において全て○の場合を、総合評価○とし、各特性の評価において一つでも×がある場合を、総合評価×とした。
これに対し、比較例1の加硫ゴム(シール部材)は、EPDMをポリマーとし、パーオキサイド(有機過酸化物)により架橋されたものであるが、脂肪酸カリウムや脂肪酸ナトリウムを、その材料中に含んでおらず、離型力が大きいことから、金型離型性の問題が生じた。
比較例2〜4の加硫ゴム(シール部材)も、EPDMをポリマーとし、パーオキサイド(有機過酸化物)により架橋されたものであるが、脂肪酸カリウムや脂肪酸ナトリウムを、その材料中に含んでおらず、代わりに、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムといったものが含まれている。そして、いずれも、離型力が大きいことから、金型離型性の問題が生じた。また、比較例2では、ステアリン酸マグネシウムのブリードアウトにより、プライマーを使用しても良好な接着性が得られなかった。比較例3,4では、圧縮永久歪み(耐ヘタリ性)評価においても劣る結果となった。
2 MEA
3 ガス拡散層
4a シール部材
4b リップ
5 セパレータ
6 接着層
7 ガス流路
Claims (4)
- 燃料電池の構成部材をシールするために用いられる燃料電池用シール部材であって、下記の(A)〜(C)成分を含有するゴム組成物の架橋体からなることを特徴とする燃料電池用シール部材。
(A)エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴムおよびエチレン−ブテン−ジエンゴムからなる群から選ばれた少なくとも一つのゴム成分。
(B)有機過酸化物からなる架橋剤。
(C)脂肪酸カリウムおよび脂肪酸ナトリウムの少なくとも一方。 - 上記(C)成分が脂肪酸カリウムのみからなる、請求項1記載の燃料電池用シール部材。
- 上記ゴム組成物における(C)成分の含有量が、上記ゴム成分(A)100重量部に対し0.5〜10重量部の範囲である、請求項1または2記載の燃料電池用シール部材。
- 上記ゴム組成物が、上記(A)〜(C)成分とともに、下記の(D)成分を含有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池用シール部材。
(D)パラフィンオイルおよびポリαオレフィン化合物の少なくとも一方。
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